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1、第一篇程 热 力 学第一章基本概念一.基本概念系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标:准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环：二、习题1. 有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？错2 .牛顿温标，用符号“表示其温度单位，并规定水的冰点和沸点分别 为100N和200N，且线性分布。（1）试求牛顿温标与国际单位制 中的热力学绝对温标（幵尔文温标）的换算关系式；（2）绝对零度为牛 顿温标上的多少度？3. 某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917 MPa，而当地大气压力为0.1013MPa,当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa,而当地大
2、气压力变化为 0.097MPa。试问该真空造水设备的绝对压力有无 变化？L_b=L4. 如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界 交换的能量形式是什么。（1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。(1) 不考虑水的蒸发，闭口系统。(2) 绝热系统。注：不是封闭系统，有电荷的交换(3) 绝热系统。图1-15. 判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。(1) 在大气压力为0.1013MPa时，将两块0C的冰互相缓慢摩擦，使之 化为0C的水。耗散效应(2) 在大气压力为 0.1013MP
3、a时，用(0 + dt) C的热源(dt宀0)给0C的 冰加热使之变为0C的水。可逆(3) 一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩(不计摩擦)。 可逆(4) 100C的水和15C的水混合。有限温差热传递I1:iF450iUr.6. 如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa;表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。大气压力为760mmH。试求:(1) 真空室以及I室和II室的绝对压力;(2) 表C的读数；(3) 圆筒顶面所受的作用力。图1-2第二章热力学第一定律一. 基本概念功：热量：体积功：节流：二. 习题1 .膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与
4、区别？2. 下面所写的热力学第一定律表达是否正确？若不正确，请更正。3. 活塞、气缸组成的密闭空间，内充50g气体，用叶轮搅拌器搅动 气体。活塞、气缸、搅拌器均用完全绝热的材料制成。搅拌期间，活塞可移动以保持压力不变，但绝对严密不漏气。已测得搅拌前气体处于状态1,搅拌停止后处于状态 2,如下表所示状态p( MPa3v (m/kg )u (kJ/kg )h(kJ/kg)13.50.0071122.7547.6423.50.0191697.63164.69活塞与气缸壁间有一些摩擦。求搅拌器上输入的能量为多少？耗散效应将输入能量转化为热量q=(u2-u1)+p(v2-v1) =h2-h14. 1kg
5、 空气由 pi=5MPa,ti=500C，膨胀到 p2=0.5MPa,t 2=500C，得到热量506kJ，对外做膨胀功 506kJ。接着又从终态被压缩到初态，放出热量390kJ,试求：(1) 膨胀过程空气热力学能的增量；(2)压缩过程空气热力学能的增量；(3)压缩过程外界消耗了多少功？5. 活塞气缸装置中的气体经历了 2个过程。从状态1到状态2,气体 吸热500kJ，活塞对外作功800kJ。从状态2到状态3是一个定压的压 缩过程，压力为 p=400kPa,气体向外散热 450kJ。并且已知 Ui=2000kJ, U3=3500kJ，试计算2-3过程中气体体积的变化。500= U2-U1+80
6、0U2=1700-450= U3-U2+400(V3-V2)V3-V2=6.现有两股温度不同的空气，稳定地流过如图2-1所示的设备进行绝热混合，以形成第三股所需温度的空气流。 各股空气的已知参数如图中所示。设空气可按理想气体计，其焓仅是温度的函数，按h呱=1.004门k计算，理想气体的状态方程为 pv=RT, R=287J/(kg K)。若进出口截面处的动、位能变化可忽略，试求出口截面的空气温度和流速。m3=m1+m2h3=h1+h2图2-17. 某气体从初态p1=0.1MPa, M=0.3m3可逆压缩到终态p2=0.4MPa,设压缩过程中p=aV2，式中a为常数。试求压缩过程所必须消耗的功。
7、pi=aV1-2p2=aV2-2j pdV=f aV2dV=-aV2-1 +aV2-18如图2-2所示，p-v图上表示由三个可逆过程所组成的一个循环。1-2是绝热过程；2-3是定压过程；3-1是定容过程。如绝热过程1-2中工质比热力学能的变化量为 -50kJ/kg，pi=1.6MPa Vi=0.025m3/kg，p2=0.1MPa,V2=0.2m3/kg。( 1)试问这是一个输出净功的循环还是消耗净功的循环?(2) 计算循环的净热。(1) 顺时针循环，输出净功；2-2(2) Q=W=W12+W23+W319. 某燃气W轮机装置如图2-3所示。已知压气机进口处空气的焓h1=290kJ/kg，经压
8、缩后，空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在截面2处与燃料混合，以w2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，使工质吸入热量q=670kJ/kg。燃烧后燃气经喷管绝热膨胀到状态3 ,h 3 =800kJ/kg，流速增至W3，燃气再进入动叶片，推动转轮回转做功。若燃气在动叶片中热力状态不变，最后离幵燃气轮机速度为w4=100m/s。求:(1) 若空气流量为100kg/s，压气机消耗的功率为多少?(2) 若燃料发热量q=43960kJ/kg，燃料消耗量为多少？(3) 燃气在喷管出口处的流速 W3是多少?(4) 燃气涡轮( 3 -4过程)的功率为多少？(5) 燃气轮机装置的总功率为多少？图
9、2-3(1) W1=100kg/s*(h2-h1)(2) m*43960=100kg/s*(h2-h1)22(3) 0.5w 3 2-0.5w 22=h3 -h222(4) Ws=0.5*100kg/s*(w 42-w3 2)(5) Ws-W1第三章 热力学第二定律一基本概念克劳修斯说法： 开尔文说法 ： 卡诺定理： 熵流： 熵产： 熵 增原理：二习题 1热力学第二定律可否表述为：“功可以完全变为热，但热不能完全 变为功”，为什么？等温膨胀过程热完全转化为功 2下列说法是否正确，为什么？1) 熵增大的过程为不可逆过程；只适用于孤立系统2) 工质经不可逆循环， S 0；S =03) 可逆绝热过程
10、为定熵过程，定熵过程就是可逆绝热过程； 定熵过程就是工质状态沿可逆绝热线变化的过程4）加热过程，熵一定增大；放热过程，熵一定减小。根据dsq/T,前半句绝对正确，后半句未必，比如摩擦导致工质温 度升高的放热过程。对于可逆过程，都正确。3某封闭系统经历了一不可逆过程，系统向外界放热为10kJ ，同时外界对系统作功为 20kJ 。1）按热力学第一定律计算系统热力学能的变化量；2）按热力学第二定律判断系统熵的变化（为正、为负、可正可负亦可 为零）。4. 判断是非（对画，错画X）1） 在任何情况下，对工质加热，其熵必增加。（ ）2） 在任何情况下，工质放热，其熵必减少。（ ）3） 根据熵增原理，熵减少
11、的过程是不可能实现的。（ ）4）卡诺循环是理想循环，一切循环的热效率都比卡诺循环的热效率低。（）5）不可逆循环的熵变化大于零。 （ ）5. 若封闭系统经历一过程，熵增为25kJ/K,从300K的恒温热源吸热 8000kJ，此过程可逆？不可逆？还是不可能？25Tb，两物体的质量相等 m=m=m其比热容 亦相等Ca=Cb=c，且为常数。可逆热机在其间工作，从 A吸热，向B放热， 直至两物体温度相等时为止。(1)试证明平衡时的温度为 Tm ,JA Tb ; (2)求可逆热机对外输出的 净功。SA-SM=I nTA/TMSM-SB=I nTM/TBSA-SM= SM-SB12. 如图3-1所示，用热机
12、E带动热泵P工作，热机在热源和冷源To之间 工作，而热泵则在冷源To和另一热源之间工作。已知=1000KT1 =310K T=250K。如果热机从热源吸收热量Q=1kJ，而热泵向另一 热源T1 放出的热量Q供冬天室内取暖用。(1) 如热机的热效率为t=0.50，热泵的供热系数h=4,求Q;(2) 如热机和热泵均按可逆循环工作，求Q;(3) 如上述两次计算结果均为QQ,表示冷源T。中有一部分热量传入了 温度的热源，而又不消耗(除热机E所提供的功之外的)其他机械功,这是否违反热力学第二定律的克劳修斯说法?(1) W= Q 1* t =1*0.5=0.5kJQH=W* h=4=0.5*4=2kJ W=1*(1-250/1000)=0.75kTQH=0.75*(310/(310-250)=3.875kJ不违反，T1T1第四章理想气体的热力性质与过程一. 基本概念理想气体：比热容：二. 习题21 .热力学第一定律的数学表达式可写成q u w或 q q t pdv1两者有何不同？q= A u+w热力学第一定律的数学表达，普适的表达式q=Cv*AT+/pdv内能等于定容比热乘以温度变化，适用于理想气体；体 积功等于压力对比容的积分，适用于准静态过程。所以
